|
隨著計算機與通信技術的飛速發展，計算機通信得到廣泛應用，硬件技術可謂是日新月異，其總體趨勢向著高集成度、高穩定性、高速和高性價比方向發展。而無線耳機通信系統或無線電話免提裝置則是目前應用較為廣泛的通信形式，本文著重闡述使用低功率RF收發器CC1000利用數字無線電通信方式通過耳機實現信息的傳輸。 1系統硬件結構和電路原理 1．1系統硬件結構 該系統是一種高集成度、低誤碼率以及具有較高工作性能的無線通信系統。其系統原理框圖如圖1所示。 1．2硬件電路原理 該系統的主體部分由微處理器（可以由實際應用 選取不同的型號）、收發器、解碼器、A／D與D／A轉換器構成。以微處理器為核心控制用戶語音信號在傳送到無線電頻率前被采樣、數字化和被壓縮，接收到的信號解壓后再轉回模擬語音信號。 無線電收發器用于無線耳機的主要要求是：低電流損耗、低工作電壓、快速鎖定鎖相環（PLL）、內置數字同步措施、多頻點容量、元器件少，價格便宜。Chipcon公司的CC1000RF收發器可滿足以上要求。由Chipcon公司生產的半雙工高頻收發集成電路CC1000，他可以利用分時雙工進行雙向通信，因CC1000只需很少的元器件和尺寸，這樣在外觀上無線耳機可以做得非常輕巧美觀。CC1000是一種針對極低功耗和低電壓而開發出的超高頻收發芯片，他的工作電壓為2．3～3．6 V，這可以使他成為使用單鋰錳氧化物3．0 V鈕扣電池或鋰亞硫酰氯化物3．6 V電池的理想選擇。CC1000在接收模式下，電流消耗為7．7 mA；在發射模式下，依據輸出功率的不同，電流消耗為5．3～28 mA，在433 MHz處，可以用1 dB的步長對輸出功率進行編程，最高可達10 dBm；在掉電模式下，器件本身有0．2 mA的電流，對于電池應用來說，這又是一個重要特性。CC1000采用TSSOP28封裝，工作溫度范圍是：－40～＋85℃。 如圖2所示，CC1000內部結構顯示出構成一個完整RF收發器的所有部件都集成在了芯片內部，－109 dB的靈敏度與10 dBm的高輸出功率結合起來，可以構建提供長而可靠的通信距離和電池工作電壓很低的系統。圖2中CC1000有一個能以250 Hz步長進行編程的集成鎖相環（PLL），可以對晶振的溫度漂移進 行補償，此外還提供了多信道系統和跳頻協議可供用戶在不同調整限制下的工作場合進行選擇，以便在通信頻段擁擠時用來增強系統可靠性。最后，CC1000還提供了集成的位合成器與RSSI，且通過5根I／O線，可以很方便地與微處理器進行接口。 2系統工作流程 2．1系統通信流程框圖 為便于說明信號傳輸過程，下面給出了通信流程框圖，如圖3所示。 2．2無線耳機通信的技術要求 從工程實踐中可以得出：對于傳輸語音的電話系統，大多數成人的語音帶寬約為10 kHz，而大多數可理解的語言頻率范圍僅為0．3～3．3 kHz，由經驗數據可得，在電話網絡系統中，當采用保護頻帶時，可使用4 kHz帶寬的頻帶來傳送語音。 在數字電話系統中，一般使用脈沖編碼調制（PCM）方式將模擬信號轉換成數字信號。為了滿足奈奎斯特采樣定理（Nyquist Sampling Theorem）的需要，首先，4 kHz語音傳輸之受限頻帶在8 kHz數率下被采樣，每個采樣接著會被譯成一個整數，如使用13 b，該整數應在－4 09* 095之間。要有效地傳輸語音，可使用非平均的量化技術來減少字長，為了保留聲音信號的質量，字長可從13 b壓縮到8 b或更少，非平均的量化技術在硬件上一般由多媒體數字信號編解碼器CODEC實現，在軟件上可使用查表或實時計 算。經以上處理后，與壓縮法組合的8 kHz采樣率生成一個8 b字，數字聲音信號流程因此說成是64 kb／s無線語音通信。公共電話網絡是全雙工的，然而實現一個全雙工的無線電系統，會要求接受和發射部共享許多系統模塊，這樣的系統牽涉更復雜的電路解決方案。半雙工無線電系統相對更能節約空間和成本，無線系統上的全雙工一般利用分時雙工（TDD）的技術方案，信號實際是單向傳送，但由于傳送方向切換只需很短的時間（≤100 ms），一般人的耳朵是區別不出來的，因此可以進行雙向通話。為了保持通話流，使用TDD技術時，必須將通話方其中一端的數字語音信號緩沖暫存起來，64 kb／s語音信號流要求至少128 kb／s的無線TDD數據通信，從接收到發射的輪換時間甚至要求更高的速率。 高速率要求更大的RF帶寬或高級的調制技術，為了要降低傳送數字語音信號的速率，需要引入另一層編碼技術。自適應音頻脈沖編碼（ADPCM）或連續可變斜率增量調制技術（CVSD）均適用。這些方案都是根據差分編碼的基本概念是發送當前采樣的差分代替發送采樣得來的絕對數值。使用ADPCM編碼后，可將8 b編碼成4 b，3 b或2 b，64 kb／s速率因此可降到32，24或16 kb／s。假如使用32 kb／s的ADPCM編碼技術，也不會給微處理器帶來很重的負擔。市場上現已有合壓縮器和ADPCM，CODEC功能的芯片可以選購。 3結語 無論是因潮流所趨還是擔憂電話輻射對大腦的影響，無線電話免提裝置（簡稱耳機）肯定已是一種手提電話不可缺少的配件，其數量可以說是與手機同步擴展。故該系統有著廣闊的市場前景。 藍牙（Bluetooth）因具有互操作性而被認為是未來解決所有需要附加通訊的移動電話的方案。但是對于目前而言，所做出的無線耳機，無論在開發費用上還是在原材料費用上，藍牙都不是一種具有價格競爭優勢的技術。對此，CC1000便能滿足現有的市場需求，成為一種低成本、低功耗的無線耳機替代方案。 |
